Energía Cinética
Un automóvil de 1,500 kg viaja a una velocidad constante de 18 m/s. Calcula su energía cinética.
243 000 J
Un libro de 2 kg está colocado en una estantería a 3 metros de altura. Calcula su energía potencial gravitatoria.
Una pelota de 0.4 kg se deja caer desde 10 metros de altura (sin rozamiento del aire).
a) Calcula su energía mecánica inicial.
b) ¿Con qué velocidad llega al suelo?
a) 39.24 J
b) 14 m/s
Un niño empuja un carrito de 10 kg con una fuerza constante de 20 N a lo largo de 5 metros en línea recta (sin fricción). Calcula el trabajo realizado.
100 J
"Si la energía total del universo se conserva, ¿por qué es imposible construir una máquina de movimiento perpetuo que funcione sin agregar energía externa? Explica considerando el principio de conservación de la energía y las leyes de la termodinámica." (Robo de 200 puntos a cualquier equipo)
La energía total sí se conserva, pero el problema está en la calidad de la energía. Las máquinas reales pierden energía útil por fricción, resistencia del aire o calor (segunda ley de la termodinámica). Aunque la energía no desaparece, se transforma en formas no aprovechables para mantener el movimiento. Por eso, toda máquina necesita un aporte externo para compensar esas pérdidas.
Un ciclista y su bicicleta tienen una masa combinada de 80 kg. Si acelera de 5 m/s a 12 m/s, ¿Cuánto aumenta su energía cinética?
4760 J
Una maceta de 5 kg se sube desde el suelo hasta un balcón a 8 m de altura. ¿Cuánto aumenta su energía potencial?
392.4 J
Un péndulo de 1 kg se eleva hasta una altura de 2 metros y se suelta.
a) ¿Cuál es su energía mecánica en el punto más alto?
b) ¿Qué velocidad tiene en el punto más bajo? (Ignora rozamientos).
a) 19.62
b) 6.26 m/s
Una persona levanta una mochila de 5 kg desde el suelo hasta una altura de 1.5 m a velocidad constante. Calcula:
a) El trabajo realizado por la persona.
b) El trabajo realizado por la fuerza de gravedad.
a) 73.58 J
b) -73.58 J
"Cuando dos autos chocan, sus velocidades cambian bruscamente. Si la energía cinética total después del choque es menor que antes, ¿significa que la energía no se conservó? ¿Dónde está la energía 'faltante'?"
(Robo de 200 puntos a cualquier equipo)
a energía no se pierde, sino que se convierte en:
Calor (por fricción entre las superficies).
Energía de deformación (abolladuras en los autos).
Sonido (ondas de presión en el aire).
La energía cinética "faltante" sigue existiendo, pero dispersa en formas menos organizadas.
Un camión de 10,000 kg se mueve a 5 m/s y una motocicleta de 250 kg viaja a 20 m/s.
a) Calcula la energía cinética de cada vehículo.
b) ¿Cuál tiene mayor energía cinética?
a) 125 000 J
b) El Camión tiene mayor energía
Puntos x2
Un pájaro de 0.5 kg vuela a 10 m de altura y otro de 0.3 kg está a 15 m. ¿Cuál tiene más energía potencial?
El pájaro de 0.5 Kg a 10 m
Un bloque de 5 kg se desliza desde lo alto de un plano inclinado de 3 metros de altura.
a) ¿Cuál es su energía mecánica inicial?
b) ¿Qué velocidad tiene al llegar abajo?
a) 147.15 J
b) 7.67 m/s
Un jarrón de 8 kg es arrastrado con una fuerza de 30 N que forma un ángulo de 25° con la horizontal, recorriendo 6 m. Calcula el trabajo realizado
162.7 J
"Al apagar un foco incandescente, deja de emitir luz. Pero según la conservación de la energía, la energía eléctrica que lo alimentaba no puede destruirse. ¿En qué formas de energía se transformó la electricidad después de apagarlo?"
(Robo de 200 puntos a cualquier equipo)
Al apagarlo, la energía eléctrica se transformó en:
Calor residual (el filamento sigue tibio un tiempo).
Luz emitida (fotones ya en el ambiente que se absorben por las paredes).
Energía interna del propio foco (vibraciones atómicas).
Nada se destruye, solo cambia de forma.
Un tren de carga de 20,000 kg reduce su velocidad de 25 m/s a 10 m/s al aplicar los frenos.
a) ¿Cuánta energía cinética perdió?
b) Si la distancia de frenado fue de 150 m, ¿Cuál fue la fuerza de fricción promedio?
a) 5 250 000 j
b) 35 000 J
Puntos x2
Se deja caer una piedra de 1 kg desde 20 m de altura (sin rozamiento).
a) ¿Cuál es su energía potencial inicial?
b) ¿Cuál es su energía cinética al llegar al suelo?
a) 192.6 J
b) 196.2 J
Puntos x2
Un trineo de 8 kg se desliza desde una colina de 10 metros de altura. Si al llegar abajo su velocidad es 12 m/s, calcula:
a) La energía mecánica inicial.
b) La energía perdida por rozamiento.
a) 784.8 J
b) 208.8 J
Un bloque de 12 kg es arrastrado con una fuerza horizontal constante de 50 N sobre una superficie rugosa, recorriendo 10 m. Si el bloque acelera desde el reposo hasta 4 m/s durante este trayecto, calcula:
a) El trabajo realizado por la fuerza aplicada.
b) La magnitud de la fuerza de fricción.
c) El trabajo neto realizado sobre el bloque.
a) 500 J
b) 40.4 J
c) 96 J
"Un astronauta en el espacio lanza una pelota. Según la conservación de la energía mecánica, la pelota debería moverse para siempre a velocidad constante. Sin embargo, en la realidad, eventualmente se detendría. ¿Qué fuerzas o fenómenos violan esta conservación ideal?" (Robo de 400 puntos a cualquier equipo)
En el espacio casi vacío, la pelota sí viajaría casi eternamente (ley de inercia). Pero en la realidad:
Gas interestelar (aunque sea poco, frena la pelota).
Gravedad de otros cuerpos (estrellas, planetas).
Radiación cósmica (transfiere energía a la pelota).
La conservación se cumple, pero la energía se redistribuye.
Se deja caer un balón de 0.8 kg desde una altura de 30 m (sin resistencia del aire).
a) ¿Cuál es su energía potencial al llegar al suelo?
b) ¿Con qué velocidad impacta?
a) 235.44 J
b) 24.3 m/s
Puntos x2
Un albañil levanta un saco de cemento de 25 kg desde el suelo hasta una altura de 6 m con velocidad constante. a) Calcula el trabajo realizado.
b) ¿Cuál es la energía potencial final del saco?
a) 1471.5 J
b) 1471.5 J
Puntos x2
Se lanza una piedra de 0.2 kg verticalmente hacia arriba con una velocidad de 15 m/s.
a) ¿Cuál es su energía mecánica inicial?
b) ¿Qué altura máxima alcanza? (Ignora el rozamiento del aire).
a) 22.5 J
b) 11.47 m
Un trineo de 15 kg acelera desde el reposo hasta 8 m/s en una distancia de 20 m sobre nieve sin fricción. ¿Cuál es el trabajo neto realizado sobre el trineo?
480 J
"Un corredor convierte la energía química de su comida en energía cinética al moverse. Si la energía se conserva, ¿por qué el corredor debe seguir alimentándose para mantener su capacidad de correr? ¿No debería reciclar su energía infinitamente?"
(Robo de 400 puntos a cualquier equipo)
El cuerpo humano es un sistema ineficiente:
La energía química de la comida se usa para mover músculos, pero el 60-70% se pierde como calor.
Además, el cuerpo gasta energía en funciones vitales (respirar, bombear sangre).
Por eso necesitamos reponer energía: no por destrucción, sino por transformación irreversible en calor.
Un carro de 5 kg que se mueve a 6 m/s choca contra otro carro de 3 kg en reposo, quedando pegados. a) Calcula la velocidad final del sistema.
b) Determina la energía cinética perdida en el choque.
a) 3.75 m/s
b) 33.75 J
Puntos x2
Una lámpara de 3 kg cuelga de un techo y se eleva hasta una altura de 1.5 m respecto a su posición más baja.
a) ¿Cuál es su energía potencial máxima?
b) Si se suelta, ¿Qué velocidad tendrá al pasar por el punto más bajo? (Ignora rozamientos).
a) 44 145J
b)5.42 m/s
Puntos x2
Un objeto de 4 kg está atado a una cuerda que pasa por una polea sin fricción y se suelta desde el reposo a 5 metros de altura. Al otro extremo hay un contrapeso de 2 kg.
a) Calcula la energía mecánica inicial del sistema.
b) ¿Qué velocidad tiene el objeto de 4 kg al llegar al suelo?
a) 98.1 J
b) 5.72 m/s
Un objeto de 6 kg es empujado hacia arriba por un plano inclinado de 30° con una fuerza de 40 N paralela al plano. Si recorre 7 m, calcula:
a) El trabajo de la fuerza aplicada.
b) El trabajo de la gravedad.
a) 280 J
b) -206 J
"Si la energía no se crea ni se destruye, ¿por qué hablamos de 'agotar' recursos energéticos como el petróleo? ¿No debería la energía del petróleo simplemente transformarse en otras formas disponibles?"
(Robo de 400 puntos a cualquier equipo)
El petróleo tiene energía química útil (fácil de convertir en trabajo). Al quemarlo:
Parte se transforma en electricidad o movimiento (energía útil).
Otra en calor residual (energía degradada, no aprovechable).
El problema no es la "pérdida" de energía, sino que no podemos recuperarla en formas útiles.
Un trineo de 50 kg se desliza desde una colina de 20 m de altura. Si al llegar a la base su velocidad es 15 m/s, calcula: a) La energía cinética en la base.
b) La energía potencial inicial.
c) La energía perdida por fricción.
a) 5 625 J
b) 9 810 J
c) 4 185 J
puntos x3
Un bloque de 10 kg se desliza por un plano inclinado de 5 m de altura. Al llegar abajo, su velocidad es 8 m/s.
a) ¿Cuál era su energía potencial inicial?
b) ¿Cuánta energía se perdió por rozamiento?
a) 490.5 J
b) 170.5 J
Puntos x2
Un bloque de 8 kg es empujado hacia arriba por un plano inclinado liso (sin fricción) que forma un ángulo de 25° con la horizontal. Se aplica una fuerza constante de 60 N paralela al plano, y el bloque se desplaza 4 metros a lo largo del plano.
a) Calcula el trabajo realizado por la fuerza aplicada.
b) Determina el cambio en la energía potencial gravitatoria del bloque.
c) ¿Cuál es la velocidad final del bloque si partió del reposo?
a) 240 J
b) 132.6
c) 5.18 m/s
Un motor sube un ascensor de 500 kg a 10 m de altura en 8 segundos. Calcula:
a) El trabajo realizado.
b) La potencia del motor.
P=W/t
a) 49 050 J
b) 6 131 W
"Los científicos afirman que el universo contiene un 68% de energía oscura, cuya naturaleza desconocemos. Si la energía total del universo es constante, ¿Cómo afecta esta energía oscura a la conservación de la energía a escala cósmica?"
(Robo de 800 puntos a cualquier equipo)
La energía oscura parece violar la conservación porque acelera la expansión del universo (creando más espacio-tiempo). Pero en relatividad general:
La energía total del universo podría no estar definida.
La conservación local se mantiene (en sistemas pequeños como la Tierra).
Es un misterio que muestra que las leyes de la física aún evolucionan.